CN106583592B - 一种高弹性螺旋挡圈的制备方法 - Google Patents

一种高弹性螺旋挡圈的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高弹性螺旋挡圈的制备方法，将冷作成型的表面光洁的合金板材用线切割加工成螺旋环形坯料，再制作成型模具，然后利用模具固定并热处理使之定型和强化，最后机械抛光去除表面氧化皮，得到外形尺寸符合要求，产品洛氏硬度HRC符合要求的高弹性螺旋挡圈。使用该方法制备的高弹性螺旋挡圈外形尺寸精度高，性能达到使用要求，制备方法简单，生产成本大大降低。

Description

一种高弹性螺旋挡圈的制备方法
技术领域
本发明属于弹性材料制造领域，涉及一种高弹性螺旋挡圈的制备方法，尤其是一种发动机用高弹性螺旋挡圈的制备方法。
背景技术
发动机用高弹性螺旋挡圈目前在国内外已得到广泛应用。由于螺旋挡圈是由两圈组成，在受到轴向推力作用后，螺旋挡圈稍偏斜，两圈互相稍错开，避免产生过大的应力，并且限位可靠，抗轴向力能力强，可提高构件的疲劳强度和使用寿命。
十几年前，我国就已经设计了这种结构的螺旋挡圈，材料采用不能热处理的1Cr18Ni9Ti不锈钢板材，线切割成窄条状，然后绕制成螺旋挡圈，其产品钢材的金属流线被破坏，制成的螺旋挡圈弹性很差，抗拉强度小于600MPa，产品仅能装配使用一次。而当时国外同类产品，材料为高强度不锈钢1Cr18Ni9Ti，抗拉强度在1400MPa左右，其硬度大于HRC42以上，可以反复装配使用多次。
近几年，我国某航空发动机研究所拓展多年积累的工程经验，创新设计思路，通过不断努力制备出完全达到国外零件性能水平的高弹性螺旋挡圈。其工艺路线为：采取对原材料的含碳量及冶炼方法进行严格控制，获得较高强度冷拉圆钢丝，然后经过冷作硬化变形技术处理，绕制生产高弹性不锈钢螺旋挡圈。
目前，通过上述方法已经生产出多种规格的高弹性螺旋挡圈，但在生产过程中会有较多因素影响产品的外形尺寸、力学性能等各项技术指标，如材料的化学成分可直接影响圆钢丝抗拉强度，从而影响轧制的扁丝的表面质量及尺寸；经冷作硬化后的扁丝的硬度又决定了绕制后弹性挡圈的回弹量，硬度越大回弹也越大，同时绕制难度也越大，成型变得困难，绕制后弹性挡圈的尺寸精度也难以控制。
同时，由于高弹性螺旋挡圈的特殊用途，对于其成品的波形高度、波形长度、蝶形度、平行度、平面度、翘曲度、位错量、径向形状缺陷及弹性都有要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高弹性螺旋挡圈的制备方法，通过热压方式进行高弹性螺旋挡圈的制备，降低了生产成本，提高了产品的质量和精度。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
这种高弹性螺旋挡圈的制备方法包括以下步骤：
步骤1，按照高弹性螺旋挡圈的尺寸制备得到环形坯料；
步骤2，在冷作硬化成型的合金板材上按照环形坯料切割得到挡圈基材；
步骤3，将挡圈基材套在模具底座上，并且使用模具下压件进行下压；
步骤4，对步骤3中的模具及其挡圈基材进行定型热处理，得到挡圈半成品；
步骤5，将挡圈半成品表面的氧化皮去除，得到高弹性螺旋挡圈。
更进一步的，本发明的特点还在于：
其中步骤3中模具下压件的中部穿过挡圈基材的中心，且模具下压件的边缘部位与模具之间夹紧有挡圈基材。
其中步骤2中的合金板材为TB8钛合金，步骤4中的热处理的具体过程是，在810-830℃保温20-30min，水冷；再在510-530℃保温360-480min，空冷。
其中步骤2中的合金板材为GH4169，步骤4中的热处理的具体过程是：在940-960℃保温15-30min，水冷；再在700-720℃保温480min后随炉冷却至620-640℃，保温480min，出炉空冷。
其中步骤2中按照挡圈基材的尺寸制作与挡圈基材匹配的模具。
其中步骤2中的冷作硬化成型的合金板材的表面粗糙度Ra小于3.2，不平度小于30mm/m。
其中步骤4中热处理使用Ⅱ类炉。
本发明的有益效果是：采用本方法制作的发动机用高弹性螺旋挡圈，其尺寸公差的影响因素较传统缠绕工艺少，产品尺寸公差可控性好。制作过程中所需模具数量少，模具结构简单，加工方便，大大节省了制作成本。与传统缠绕工艺相比较，本方法省去了缠绕后整形所需要的模具设计与制作，节省了大量的人力物力财力，提高工作效率的同时还能降低投入成本。此成型方法不受产品材料、外形尺寸的限制，仅需要根据产品外形尺寸调整热处理模具的尺寸，根据产品材料选择相应的热处理条件，即能得到符合要求的螺旋挡圈。
附图说明
图1为本发明中环形配料热压模具的结构示意图；
图2为本发明中得到的螺旋挡圈的机构示意图。
其中：1为模具底座；2为模具下压件；3为螺旋挡圈。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明提供了一种高弹性螺旋挡圈的制备方法，其具体过程包括：
步骤1，按照高弹性螺旋挡圈的尺寸制备得到环形坯料；其外径尺寸范围为25-280mm，宽度为2-8mm。
步骤2，在冷作硬化成型合金板材上按照环形坯料切割得到挡圈基材；其中合金板材为TB8钛合金板材或GH4169高温合金板材，且合金板材的表面粗糙度Ra小于3.2，不平度为30mm/m。
步骤3，按照挡圈基材的尺寸制作与之匹配的模具，如图1所示，将挡圈基材3放置在模具底座1上，然后上面下压有模具下压件2，模具下压件2的中部穿过挡圈基材1的中心与模具底座1内地面紧密接触，模具下压件2的边缘部位压在挡圈基材1上，即模具下压件2和模具底座1之间夹紧挡圈基材3；
步骤4，将步骤3中的模具连同挡圈基材1使用Ⅱ类炉进行定型热处理，得到挡圈半成品，具体过程是：合金板材为TB8钛合金时，在810-830℃保温20-30min，水冷；再在510-530℃保温360-480min，空冷。合金板材为GH4169时，在940-960℃保温15-30min，水冷；再在700-720℃保温480min后随炉冷却至620-640℃保温480min，空冷。
步骤5，得到高弹性螺旋挡圈。
本发明的具体实施例是：
实施例1
制备TB8钛合金高弹性螺旋挡圈，挡圈的外径为25mm，挡圈的宽度为2mm；其具体过程是：
步骤1，按照所要制备的挡圈的尺寸制作环形坯料。
步骤2，在TB8钛合金板材上使用线切割机按照环形坯料的尺寸切割得到挡圈基材，TB8钛合金板材的不平度为20mm/m，粗糙度Ra为3.2。
步骤3，将挡圈基材固定在与之相匹配的模具中，使模具紧压挡圈基材。
步骤4，将模具连同挡圈基材放置在Ⅱ类炉内进行定型热处理，在810℃保温30min，水冷。再在510℃保温480min，空冷。
步骤5，得到外径为25mm，宽度为2mm的TB8钛合金高弹性螺旋挡圈。
实施例2
制备TB8钛合金高弹性螺旋挡圈，挡圈的外径为200mm，挡圈的宽度为8mm；其具体过程是：
步骤1，按照所要制备的挡圈的尺寸制作环形坯料。
步骤2，在TB8钛合金板材上使用线切割机按照环形坯料的尺寸切割得到挡圈基材，TB8钛合金板材的不平度为25mm/m，粗糙度Ra为3.2。
步骤3，将挡圈基材固定在与之相匹配的模具中，使模具紧压挡圈基材。
步骤4，将模具连同挡圈基材放置在Ⅱ类炉内进行定型热处理，在830℃保温20min，水冷；再在530℃保温360min，空冷。
步骤5，得到外径为200mm，宽度为8mm的TB8钛合金高弹性螺旋挡圈。
实施例3
制备TB8钛合金高弹性螺旋挡圈，挡圈的外径为280mm，挡圈的宽度为7mm；其具体过程是：
步骤1，按照所要制备的挡圈的尺寸制作环形坯料。
步骤2，在TB8钛合金板材上使用线切割机按照环形坯料的尺寸切割得到挡圈基材，TB8钛合金板材的不平度为30mm/m，粗糙度Ra为3.2。
步骤3，将挡圈基材固定在与之相匹配的模具中，使模具紧压挡圈基材。
步骤4，将模具连同挡圈基材放置在Ⅱ类炉内进行定型热处理，在820℃保温25min，水冷。再在520℃保温400min，空冷。
步骤5，得到外径为280mm，宽度为7mm的TB8钛合金高弹性螺旋挡圈。
实施例4
制备TB8钛合金高弹性螺旋挡圈，挡圈的外径为75mm，挡圈的宽度为4mm；其具体过程是：
步骤1，按照所要制备的挡圈的尺寸制作环形坯料。
步骤2，在TB8钛合金板材上使用线切割机按照环形坯料的尺寸切割得到挡圈基材，TB8钛合金板材的不平度为22mm/m，粗糙度Ra为3.2。
步骤3，将挡圈基材固定在与之相匹配的模具中，使模具紧压挡圈基材。
步骤4，将模具连同挡圈基材放置在Ⅱ类炉内进行定型热处理，在815℃保温24min，水冷。再在515℃保温450min，空冷。
步骤5，得到外径为75mm，宽度为4mm的TB8钛合金高弹性螺旋挡圈。
实施例5
制备GH4169高温合金高弹性螺旋挡圈，挡圈的外径为25mm，挡圈的宽度为2mm；其具体过程是：
步骤1，按照所要制备的挡圈的尺寸制作环形坯料。
步骤2，在GH4169高温合金板材上使用线切割机按照环形坯料的尺寸切割得到挡圈基材，GH4169高温合金板材的不平度为22mm/m，粗糙度Ra为3.2。
步骤3，将挡圈基材固定在与之相匹配的模具中，使模具紧压挡圈基材。
步骤4，将模具连同挡圈基材放置在Ⅱ类炉内进行定型热处理，在940℃保温30min，水冷。再在700℃保温480min，炉冷至620℃，保温480min，空冷。
步骤5，得到外径为25mm，宽度为2mm的GH4169高温合金高弹性螺旋挡圈。
实施例6
制备GH4169高温合金高弹性螺旋挡圈，挡圈的外径为280mm，挡圈的宽度为8mm；其具体过程是：
步骤1，按照所要制备的挡圈的尺寸制作环形坯料。
步骤2，在GH4169高温合金板材上使用线切割机按照环形坯料的尺寸切割得到挡圈基材，GH4169高温合金板材的不平度为25mm/m，粗糙度Ra为3.2。
步骤3，将挡圈基材固定在与之相匹配的模具中，使模具紧压挡圈基材。
步骤4，将模具连同挡圈基材放置在Ⅱ类炉内进行定型热处理，在950℃保温20min，水冷。再在710℃保温480min，炉冷至630℃，保温480min，空冷。
步骤5，得到外径为280mm，宽度为8mm的GH4169高温合金高弹性螺旋挡圈。
实施例7
制备GH4169高温合金高弹性螺旋挡圈，挡圈的外径为200mm，挡圈的宽度为6mm；其具体过程是：
步骤1，按照所要制备的挡圈的尺寸制作环形坯料。
步骤2，在GH4169高温合金板材上使用线切割机按照环形坯料的尺寸切割得到挡圈基材，GH4169高温合金板材的不平度为25mm/m，粗糙度Ra为3.2。
步骤3，将挡圈基材固定在与之相匹配的模具中，使模具紧压挡圈基材。
步骤4，将模具连同挡圈基材放置在Ⅱ类炉内进行定型热处理，在955℃保温25min，水冷。再在715℃保温480min，炉冷至625℃，保温480min，空冷。
步骤5，得到外径为200mm，宽度为6mm的GH4169高温合金高弹性螺旋挡圈。
实施例8
制备GH4169高温合金高弹性螺旋挡圈，挡圈的外径为75mm，挡圈的宽度为7mm；其具体过程是：
步骤1，按照所要制备的挡圈的尺寸制作环形坯料。
步骤2，在GH4169高温合金板材上使用线切割机按照环形坯料的尺寸切割得到挡圈基材，GH4169高温合金板材的不平度为28mm/m，粗糙度Ra为3.2。
步骤3，将挡圈基材固定在与之相匹配的模具中，使模具紧压挡圈基材。
步骤4，将模具连同挡圈基材放置在Ⅱ类炉内进行定型热处理，在950℃保温25min，水冷。再在720℃保温480min，炉冷至640℃，保温480min，空冷。
步骤5，得到外径为75mm，宽度为7mm的GH4169高温合金高弹性螺旋挡圈。
将实施例1-8得到的高弹性螺旋挡圈进行HRC测试，其结果如下：
实施例 试验1 试验2 试验3
1 46.8 46.8 47.2
2 45.6 46.1 45.8
3 46.2 46.5 46.9
4 46.1 46.5 46.0
5 43.2 43.9 44.0
6 44.3 44.5 43.3
7 44.3 44.7 43.8
8 43.5 43.7 43.3

Claims (3)

1.一种高弹性螺旋挡圈的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，按照高弹性螺旋挡圈的尺寸制备得到环形坯料，环形坯料的外径尺寸范围为25-280mm，宽度为2-8mm；
步骤2，在冷作硬化成型的合金板材上按照环形坯料切割得到挡圈基材；所述合金板材为TB8钛合金板材或GH4169高温合金板材，且合金板材的表面粗糙度Ra小于3.2，不平度为30mm/m；
步骤3，将挡圈基材套在模具底座上，并且使用模具下压件进行下压，模具下压件的中部穿过挡圈基材的中心，且模具下压件的边缘部位与模具之间夹紧有挡圈基材；
步骤4，对步骤3中的模具及其挡圈基材进行定型热处理，得到挡圈半成品；所述合金板材为TB8钛合金，热处理的具体过程是，在810-830℃保温20-30min，水冷；再在510-530℃保温360～480min，空冷；所述合金板材为GH4169，热处理的具体过程是：在940-960℃保温15-30min，水冷；再在700-720℃保温480min，炉冷至620-640℃保温480min，空冷；
步骤5，将挡圈半成品表面的氧化皮去除，得到高弹性螺旋挡圈。
2.根据权利要求1所述的高弹性螺旋挡圈的制备方法，其特征在于，所述步骤2中按照挡圈基材的尺寸制作与挡圈基材匹配的模具。
3.根据权利要求1所述的高弹性螺旋挡圈的制备方法，其特征在于，所述步骤4中热处理使用Ⅱ类炉。
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